低壓雙燃料船用發(fā)動機天然氣液壓驅(qū)動管泄漏檢測技術(shù)攻關(guān)

劉導(dǎo)

摘要：針對瓦錫蘭的最新產(chǎn)品，也即低壓雙燃料低速船舶發(fā)動機使用燃氣的特點，為保障發(fā)動機運行過程天然氣進氣閥高壓驅(qū)動油的密封性，尤其是燃氣使用時的安全性，必須在發(fā)動機臺架試驗前進行液壓管的泄漏檢測。低壓雙燃料船舶發(fā)動機是世界首例雙燃料系統(tǒng)且采用低壓天然氣模式運行，首次使用天然氣運行模式系統(tǒng)時，新增天然氣管路、引燃油噴油器系統(tǒng)、以及天然氣進氣閥系統(tǒng)等技術(shù)，進一步優(yōu)化了柴油機的經(jīng)濟性、動力性和排放指標(biāo);由于新設(shè)計的低壓雙燃料系列機依舊不成熟，發(fā)動機在試車過程中可能會出現(xiàn)了天然氣進氣閥高壓驅(qū)動管嚴(yán)重泄漏問題，嚴(yán)重的影響了發(fā)動機性能的測試、發(fā)動機耗油量的計算以及發(fā)動機運行的經(jīng)濟性，針對此問題，為保障發(fā)動機性能正常運行，發(fā)動機外觀質(zhì)量，尤其是發(fā)動機運行的經(jīng)濟性。因此，進行液壓驅(qū)動管泄漏技術(shù)攻關(guān)，研究、設(shè)計并實施相應(yīng)方案解決此技術(shù)難題，確保發(fā)動機正常臺架試驗以及發(fā)動機運行的經(jīng)濟性。

Abstract： According to the latest product of Wartsila， i.e. the characteristics of low-pressure dual fuel low-speed marine engine using gas， in order to ensure the tightness of the high-pressure driving oil of the natural gas intake valve during the operation of the engine， especially the safety during the use of gas， the leakage detection of the hydraulic pipe must be carried out before the engine bench test， The low-pressure dual fuel marine engine is the first dual fuel system in the world and operates in the low-pressure natural gas mode. When the natural gas operation mode system is used for the first time， technologies such as natural gas pipeline， pilot oil injector system， and Gas admission valve system are added to further optimize the economy， power and emission indexes of the diesel engine. Due to the new design of the low-pressure dual fuel series engine It is still immature. During the test run of the engine， there may be serious leakage of the high-pressure drive pipe of the natural gas intake valve， which seriously affects the test of the engine performance， the calculation of the engine fuel consumption and the economy of the engine operation. In view of this problem， in order to ensure the normal operation of the engine performance， the appearance quality of the engine， especially the economy of the engine operation. Therefore， the leakage technology of hydraulic drive pipe is researched， designed and implemented to solve this technical problem， so as to ensure the normal bench test of engine and the economy of engine operation.

關(guān)鍵詞：雙燃料系列發(fā)動機;天然氣高壓驅(qū)動管;天然氣進氣閥;泄漏

Key words： dual fuel engine;natural gas hydraulic drive pipe;gas admission valve system;leakage

0 ?引言

瓦錫蘭的最新產(chǎn)品雙燃料低速船舶發(fā)動機使用的是燃油模式啟動后轉(zhuǎn)換為天然氣模式運行，進一步降低了發(fā)動機運行成本，提高了發(fā)動機的經(jīng)濟效益;然而，由于雙燃料發(fā)動機依舊在開發(fā)研究中，因此在首臺以及目前機型臺架試驗時，也暴露出了不可預(yù)知的一些質(zhì)量問題，其中問題較為突出與嚴(yán)重的為天然氣進氣閥液壓驅(qū)動管發(fā)生嚴(yán)重的泄漏問題，針對此項質(zhì)量問題，為保障發(fā)動機性能正常運行，發(fā)動機外觀質(zhì)量，尤其是發(fā)動機運行的經(jīng)濟性，有必要對液壓驅(qū)動管泄漏問題進行專項技術(shù)攻關(guān)，以滿足發(fā)動機性能的需要。

1 ?項目背景及內(nèi)容

本項目的技術(shù)攻關(guān)杜絕進氣閥液壓驅(qū)動管的泄漏，提高發(fā)動機的運行可靠度，減少發(fā)動機制造、運行成本、增強發(fā)動機的可靠性能。

本項目主要實施：

①調(diào)查雙燃料發(fā)動機進氣閥液壓驅(qū)動管在運行過程中發(fā)生嚴(yán)重泄漏質(zhì)量的原因。

②確立檢測方案查出原因，同時對造成此質(zhì)量問題的原因進行進一步分析。

③確定原因后制定處理方案。

④對處理結(jié)果進行分析，針對其工作性能、生產(chǎn)成本和工作強度、提出新設(shè)計思路并運用在后續(xù)機型上。

2 ?項目目標(biāo)和實施過程

2.1 項目目標(biāo)

①將新設(shè)計產(chǎn)品進行可行性分析進行審核批準(zhǔn)。

②設(shè)計檢測工裝（CAD、UG等軟件），并制造出相應(yīng)的零件實物，加以實驗、提交實驗報告。

③使用此檢測方案對后續(xù)發(fā)動機間隙檢查以確保發(fā)動機在運行過程中不再出現(xiàn)泄漏。

④進行資料與試驗結(jié)果等數(shù)據(jù)的匯總并形成正式文件發(fā)布，同時向公司/專利局申請應(yīng)用在所有雙燃料低速船用發(fā)動機上。

2.2 項目實施

本項目擬針對WinGD雙燃料低速船舶發(fā)動機進氣閥液壓驅(qū)動管的泄漏檢測，通過對原因分析、結(jié)構(gòu)分析等，在制造成本不變的提前下，保證液壓驅(qū)動管在發(fā)動機運行過程中不會發(fā)生泄漏。

2.2.1 進氣閥系統(tǒng)液壓驅(qū)動管聯(lián)接原理

燃氣進氣閥系統(tǒng)由以下部件組成：

進氣閥：進氣閥通過180-240bar液壓驅(qū)動油將天然氣噴射進氣缸套內(nèi)。

天然氣進氣系統(tǒng)是以進氣閥系統(tǒng)為中心進行的，液壓驅(qū)動油管—油管連接塊（分配塊）--進氣閥—驅(qū)動油驅(qū)動進氣閥單元將天然氣噴射入氣缸套內(nèi)。

2.2.2 工作原理

從伺服油軌引出來的滑油充當(dāng)進氣閥驅(qū)動油管，主高壓驅(qū)動油管通過分配塊將高壓驅(qū)動油分配至每個缸的進氣閥單元，而天然氣進氣管也與進氣閥聯(lián)接在一起，當(dāng)發(fā)動機運行天然氣模式時，高壓驅(qū)動油驅(qū)動進氣閥將天然氣噴射入氣缸套內(nèi)，活塞上行壓縮天然氣與引燃油混合氣體進行點火爆發(fā)驅(qū)動發(fā)動機運行。

由于高壓驅(qū)動管與連接塊連接點多，油壓大，若各個管接頭沒有安裝到位或者沒有正確的密封聯(lián)接方式很容易造成滑油泄漏，并且由于此液壓驅(qū)動管為雙壁管，滑油是從環(huán)形內(nèi)壁流出，并且液壓管的內(nèi)環(huán)壁是串聯(lián)在一起的，無法準(zhǔn)確檢測泄漏點，尤其是在發(fā)動機高負荷運行時，液壓驅(qū)動油壓力可達到200-250bar;

因此為避免發(fā)動機在運行過程中高壓驅(qū)動管發(fā)生泄漏，必須在運行之前保證驅(qū)動管接觸良好。

2.2.3 高壓液壓驅(qū)動油管工作流程圖

2.3 高壓液壓驅(qū)動管泄漏

在發(fā)動機試車磨合時，若進氣閥高壓液壓驅(qū)動油發(fā)生漏油現(xiàn)象，尤其在進行燃氣模式運行的過程中，若液壓油管泄漏量十分嚴(yán)重，可按照以下步驟進行進檢查確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的泄漏是否在環(huán)形壁內(nèi)進行泄漏，若是在內(nèi)環(huán)泄漏，由于滑油管內(nèi)環(huán)壁是串聯(lián)在一起的，難以確定是哪一根管子發(fā)生問題（如圖2所示）。

2.4 方案

2.4.1 檢測方案

由于滑油是從環(huán)形內(nèi)壁流出，并且液壓管的內(nèi)環(huán)壁是串聯(lián)在一起的，是通過圖紙分析，可通過回油管的出油量來判定何處泄漏：可把圖2分為4列，然后分別各列回油管處松開接頭連接一小管引至一小桶，再用液壓泵工裝進行泵壓，通過檢測各列是否發(fā)生滑油泄漏量進行確認(rèn)。

2.4.2 ?原因分析

初步確定此批滑油管都發(fā)生泄漏，經(jīng)過分析可能有以下三種可能：①第一列處的滑油高壓油管接觸面有損壞;②滑油管的內(nèi)管有缺陷而產(chǎn)生泄漏;③滑油管與分配塊安裝時產(chǎn)生少量錯位，管子強制安裝，使管口與分配塊接觸面不能完全密封接觸。

2.5 處理方案

①根據(jù)圖紙要求制作管子的試壓工裝;

②拆卸全部滑油管，對其管口用角規(guī)尺進行測量是否符合圖紙要求并查看管口和聯(lián)接塊的接觸面是否有損傷，若有損傷或者角度不對，需對管口或聯(lián)接塊進行研磨，使其達到圖紙要求，研磨完畢后，按照圖紙對此組（共4組）管子裝復(fù)完畢后使用工裝進行打壓試驗，觀察是否泄漏，若管口接觸面已經(jīng)滿足圖紙要求了，而管子還發(fā)生泄漏，則說明是內(nèi)管本身有缺陷，需進行更換;

③若5根管子都通過試壓試驗且沒有發(fā)生泄漏，則重新安則重新裝在機上;若此時發(fā)生泄漏則調(diào)整分配塊。

2.6 過程與結(jié)果

①拆卸全部管子，檢查液壓管接觸面是否有損傷，若損傷則進行研磨后按照圖紙進行每組的裝復(fù)與試壓。

注意：后續(xù)機子檢測時需要測量有一個接觸面的圓角半徑;

②研磨完畢后進行單組試壓，查看管子是否發(fā)生泄漏;

③單組試壓完畢后，進行整組試壓，使用伺服油服務(wù)泵進行試壓，將服務(wù)泵打至100bar，確認(rèn)液壓管是否有滑油泄漏;

④進行臺架試車的檢驗驗證。

3 ?檢測方案的可行性以及分析

在經(jīng)過理論研究可行后，將優(yōu)化后的設(shè)計方案進行零部件生產(chǎn)并投入到柴油機的實際應(yīng)用加以驗證，首先裝機前對此連接塊與液壓高壓驅(qū)動管進行壓力試驗，試驗步驟如下。

①制作液壓管與連接塊研磨工裝;

②拆卸液壓管，然后使用工裝和液壓泵分別對已安裝好的管子進行壓力試驗，試驗壓力為：200bar，試壓時間為：5分鐘/組（分為四組進行試驗）;試壓前，需要把泄放油管法蘭（見圖3與圖4、圖示5）打開并用桶接油，在運行液壓務(wù)泵時觀察泄放油管有無油泄漏（圖5），若發(fā)現(xiàn)有滑油泄漏，則需拆卸管子;

③待工裝與液壓管拆卸后，對聯(lián)接塊與液壓管接觸面進行查看是否有刮痕，若有則需進行研磨，研磨時請?zhí)砑友心ジ啵心ネ戤吅笄鍧嵏蓛舨⒅匦卵b復(fù)，液壓管與聯(lián)接塊之間的螺栓力矩上緊為20N/m，裝復(fù)時需檢查液壓管的突出量（在圖紙規(guī)范的基礎(chǔ)上進行增加0.5mm，即突出量為：5.5mm）以及在安裝過程中進行管子的微調(diào)，裝復(fù)后再執(zhí)行第2步;

④裝復(fù)全部管子，使用伺服油服務(wù)泵進行壓力試驗，試驗壓力為：100bar，時間為10分鐘，具體步驟如下：

1）試壓前，需要把泄放油管法蘭（見圖3與圖4、圖5）打開并用桶接油，在運行伺服油服務(wù)泵時觀察泄放油管有無油泄漏（圖5）;

2）試壓結(jié)束后，打開自由端伺服油軌處的泄放球閥和悶塞（見圖6）：輕輕打開球閥15°左右，緩慢擰開螺栓，釋放伺服油軌處油壓，待伺服油軌油壓完全釋放后重新擰緊悶塞與關(guān)閉球閥。

試驗合格后，進行柴油機的持續(xù)運行，在此過程中沒有再發(fā)現(xiàn)液壓高壓驅(qū)動管泄漏情況。

該方案解決了柴油機因密封面發(fā)生燃油泄漏的問題，對提高柴油機的性能穩(wěn)定性有積極作用。

適用機型：RT-flex50DF。

4 ?結(jié)束語

RT-flex50DF機是作為瓦錫蘭最新的智能電控共軌雙燃料柴油機，但其設(shè)計并不是完美無缺，很多設(shè)計問題需在實際生產(chǎn)和安裝及調(diào)試過程中積極尋求解決的方法，完善設(shè)計。

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